2025届高三生物一轮复习知识清单：第9讲 细胞呼吸

第9讲 细胞呼吸 考点一　探究酵母菌细胞呼吸的方式 1．实验原理 (1)酵母菌的代谢类型和细胞呼吸方式： 酵母菌：单细胞真菌，在有氧和无氧 的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼 吸的不同方式。 (2)细胞呼吸产物的检测： 产物 试剂 现象(颜色变化) CO2 澄清的石灰水 变混浊 溴麝香草酚蓝溶液 蓝色→绿色→黄色 酒精 在酸性条件下橙色的 重铬酸钾 溶液 橙色→灰绿色 2、实验步骤 (1)配制酵母菌培养液：酵母菌＋质量分数为 5%的葡萄糖 溶液，分别装入A、B两个锥形瓶中。 (2)如图连接好实验装置： (3)放置一段时间后观察实验现象。 ①观察两组装置中 澄清石灰水 的变化。 ②检测是否有酒精产生： 取A、B瓶中滤液各2 mL分别注入A、B两支干净的试管中。向两试管中分别滴加 酸性重铬酸钾 溶液0.5 mL并振荡。观察试管中溶液的颜色变化。 3、实验现象 甲组 乙组 澄清的石灰水 培养液 澄清的石灰水 培养液 现象 变混浊 橙色 变混浊 灰绿色 4、实验结论 注意: （1）酵母菌培养液：煮沸(杀菌除氧)后冷却(防止高温杀死酵母菌)的葡萄糖溶液＋新鲜的食用酵母菌。 (2)两种产物的检测 ①检测CO2 的产生：CO2可使澄清石灰水变浑浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。 ②检测酒精的产生：酸性条件下，使重铬酸钾由橙色 变成灰绿色。 （3）两套实验装置: ①10% NaOH 的 作 用 ：排除空气中CO2 对实验的干扰。 ②B瓶封口放置一段时间目的：消耗瓶中氧气，确保CO2来自酵母菌的无氧呼吸。 ③甲装置进行有氧呼吸，乙装置进行无氧呼吸，甲装置 CO2 产生量、能量产生量多于乙装置，只有 B 瓶中能产生酒精。 （4） 酵母菌是兼性厌氧生物，是因为它既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸，而人体中的某些细胞既能进行有氧呼吸也能短暂的进行无氧呼吸，但人只能是需氧型生物，所以生物异化作用类型的区分，不是以能否进行有氧、无氧呼吸为依据的，而是以在有氧或无氧的条件下能否正常生存为依据的。 (5)实验注意事项 ①实验装置：甲组探究酵母菌的有氧呼吸，乙组探究酵母菌的无氧呼吸。甲、乙两组为对比实验，设置的是有氧、无氧条件。 ②变量控制 A、通入A瓶的空气中不能含有CO2，以保证第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。 B、B瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将B瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，确保通入澄清石灰水中的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。 （6）对照实验与对比实验概念上的区分。 ①对照实验的概念。 对照实验就是保持了单一变量的两组以上实验,通过设置对照实验,既可排除无关变量的影响,又可增加实验结果的可信度和说服力,实验一般要设置对照组和实验组。对照组就是与其他组相比,往往缺少某种处理因素甚至不加任何处理因素,或者以正常条件下的实验作为对照,对照组可根据需要决定是否设置;而人为施加了某种验证条件,或比对照组多了某项处理因素的实验,就是实验组,可根据需要设置为一组或多组。 ②对比实验的概念。 设置两个或两个以上的实验组,通过对结果的比较分析,来探究某种因素与实验对象的影响,这样的实验叫作对比实验。由对照实验的概念分析可知,实验控制了单一变量,如探究酵母菌细胞呼吸方式中,两组实验都做了处理,有氧和无氧均是自变量,都是实验组。 拓展: 分析下图，回答下列问题： (1)为什么选酵母菌作为实验材料？ 酵母菌在有氧、无氧条件下都能生存，可通过测定其细胞呼吸产物来确定酵母菌细胞呼吸方式。 (2)通入B瓶的空气中不能含有CO2的原因是什么？ 　保证第三个锥形瓶中的澄清石灰水变混浊完全是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所引起的。 (3)D瓶应封口放置一段时间，待酵母菌将D瓶中的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因是什么？ 　确保通入澄清石灰水中的CO2是由酵母菌无氧呼吸产生的。 (4)本实验的自变量、因变量、无关变量分别是什么？ 　①自变量：是否有氧气。 ②因变量：澄清的石灰水变混浊的程度，滴加酸性重铬酸钾溶液后的颜色变化等。 ③无关变量：酵母菌以及培养液的用量、培养时间、温度等。 (5)实验设计需遵循对照原则，此实验为何不设置对照组？ 此实验为对比实验，对比实验不设对照组，而是通过有氧和无氧条件下的两个实验组相互对比得出实验结论。 （6）实验所用的葡萄糖溶液为什么需煮沸？ 煮沸的主要目的是灭菌，排除其他微生物的呼吸作用对实验结果造成干扰。 (7)乙装置中，为什么要将D瓶封口放置一段时间后，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶？ D瓶刚封口后，有氧气存在，酵母菌进行有氧呼吸，一段时间后，D瓶中的氧气消耗完，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。 （8）酵母菌细胞呼吸能产生CO2，试探究如何检测CO2产生量的多少？ CO2可使澄清的石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2产生量的多少，也可使用CO2传感器测量。 （9）能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？分析原因。 不能。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2，故不能以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式。应以酒精为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。 考点二 有氧呼吸 (1) 概念:指细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等有机物彻底氧化分解,产生二氧化碳和水,释放能量,生成大量ATP的过程。 (2)线粒体的结构和功能。 a.结构：①外膜;②内膜;③嵴;④基质。 b.线粒体增大膜面积的方式:　内膜向内腔折叠形成嵴。 c.与有氧呼吸有关的酶分布在:　线粒体内膜上和线粒体基质以及细胞质基质中。 d.线粒体的功能:进行有氧呼吸的主要场所。 (3)过程图解 提问: ①有氧呼吸的过程分几个阶段？各阶段的场所？ 分三个阶段；第一阶段在细胞质基质，第二、三阶段在线粒体中。 ②有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？ CO2：产生于第二阶段；H2O：产生于第三阶段 ③有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其去向？ [H]产生：第一阶段和第二阶段 [H]去向：用于第三阶段与O2反应生成H2O ④有氧呼吸过程中哪几个阶段有能量释放？（三个阶段都有能量释放；)哪个阶段最多？（第三阶段最多）数值是多少？去向是哪里？(1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放出2870 kJ的能量,其中977.28 kJ左右的能量储存在ATP中,其余的能量则以热能的形式散失。) ⑤有氧呼吸的总反应式: C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量。 ⑥有氧呼吸过程中的能量转换形式是什么？ 有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能和热能 ⑦同有机物在生物体外的燃烧相比,有氧呼吸有哪些不同的特点呢? Ａ、有氧呼吸过程温和； Ｂ、有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放； Ｃ、这些能量有相当一部分储存在ATP中； （4） 有氧呼吸的特点 1）分解有机物彻底, 产物是CO2 和H2O； 2）释放出大量能量，大部分能量以热能形式散失； 3）吸收的O2的量与释放出的CO2 相等； 考点三 无氧呼吸 (１)概念:　在没有氧气的参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程； (２)场所:　全过程是在细胞质基质中进行的。 (３)过程及反应式： (４)放能:　1 mol葡萄糖释放196.65 kJ(生成乳酸)或225.94 kJ(生成酒精)的能量,其中均有61.08 kJ的能量储存在ATP中。 (5)无氧呼吸的特点 ①氧化分解不彻底， 产物是二氧化碳和酒精或乳酸; ②释放的能量少，大部分以热能形式散失; 考点四 细胞呼吸 1、概念：指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其它产物，释放能量并生成ATP的过程； 2、细胞呼吸的实质: 是分解有机物，释放能量。有氧呼吸有机物被 彻底 氧化分解，故释放能量多；无氧呼吸有机物分解 不彻底 ，部分能量储存在 酒精或乳酸 中，故释放能量少。 3、常见细胞呼吸的过程(要求熟练掌握各种变形): 拓展:据生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解回答问题: (1)图中A是丙酮酸,其产生的部位是细胞质基质。 (2)反应①②③④中,必须在有氧条件下进行的是②,可在人体细胞中进行的是①②④。(均填图中序号,下同) (3)苹果贮藏久了,会有酒味产生,其原因是发生了图中①③过程;而马铃薯块茎贮藏久了却没有酒味产生,其原因是马铃薯块茎在无氧条件下进行了图中①④过程。 (4)粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象,其原因是什么? 　(种子在有氧呼吸过程中产生了水。） (5)如果是以脂肪为底物进行有氧呼吸,消耗O2的量要大于产生CO2的量,其原因是什么? （与葡萄糖相比,脂肪含H量高,因此有氧呼吸消耗O2的量大于产生CO2的量。) 4、有关细胞呼吸的6个易错点 (1)不同生物无氧呼吸的产物不同，其直接原因在于催化反应的酶不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。 (2)无氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物——酒精或乳酸中。 (3)水稻等植物长期水淹后烂根的原因是无氧呼吸产生的酒精对细胞有毒害作用。 (4)有氧呼吸与无氧呼吸产物最大的区别是无氧呼吸没有水生成，并且无氧呼吸只在第一阶段产生ATP。 (5)真核生物细胞并非都能进行有氧呼吸，如蛔虫细胞、哺乳动物成熟的红细胞只能进行无氧呼吸。 (6)原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌等，因为其细胞中含有与有氧呼吸有关的酶。 5、归纳总结细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系。 (1)反应式。 ①有氧呼吸:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量 ②无氧呼吸:C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量; C6H12O62C3H6O3+能量 （2）相关物质间量的比例关系。 ①有氧呼吸: C6H12O6∶O2∶CO2=1∶6∶6。 ②无氧呼吸:C6H12O6∶CO2∶C2H5OH=1∶2∶2或C6H12O6∶C3H6O3=1∶2。 ③消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2的物质的量:有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和=3∶4。 ④产生等量的CO2时消耗的葡萄糖的物质的量:无氧呼吸∶有氧呼吸=3∶1。 6、细胞呼吸方式的判断 (1)根据反应物和产物来判断细胞的呼吸方式： ①消耗 O2、有 H2O 产生：存在有氧呼吸； ②有酒精或乳酸生成：存在无氧呼吸； ③有 CO2 生成：进行有氧呼吸或无氧呼吸(酒精发酵)，或两种呼吸并存； ④无CO2释放：只进行乳酸发酵； (2)根据物质的量的关系: ①O2 吸收量＝CO2 释放量：只进行有氧呼吸； O2 吸收量＜CO2 释放量：进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于酒精发酵； O2 吸收量 > CO2 释放量：可能存在脂质类物质的分解; 不消耗氧气，释放CO2：只进行酒精发酵； ②酒精量＝CO2 量：只进行无氧呼吸(酒精发酵) 酒精量＜CO2量：进行有氧呼吸和酒精发酵，多余的CO2来自于有氧呼吸 (3)依据反应场所来判断 ①真核细胞：若整个呼吸过程均在细胞质基质中进行，则为无氧呼吸；若部分过程在线粒体中进行，则为有氧呼吸。 ②原核细胞：原核细胞没有线粒体，故原核细胞的呼吸在细胞质和细胞膜上进行，其呼吸方式的判断应是根据产物判断，若只有二氧化碳和水产生，则为有氧呼吸，若有乳酸或酒精产生，则为无氧呼吸。 7、有氧呼吸和无氧呼吸的比较。 8、细胞呼吸中[H](NADH)和ATP的来源与去路。 来源 去路 [H] 有氧呼吸:C6H12O6和H2O; 无氧呼吸:C6H12O6 有氧呼吸:与O2结合生成水; 无氧呼吸:还原丙酮酸 ATP 有氧呼吸:三个阶段都产生; 无氧呼吸:只在第一阶段产生 用于各项生命活动 9、有氧呼吸和无氧呼吸有哪些联系: ①有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上进化发展而来的； ②第一阶段完全相同，并且都在细胞质内进行； ③实质相同，均为分解有机物，释放能量，产生ATP； 10、呼吸作用意义: ①为生物的生命活动提供能量 ②为体内其它化合物的合成提供原料 例题：(多选)有一瓶含有酵母菌的葡萄糖培养液,当通入不同浓度的O2时,其产生的酒精和CO2的物质的量如图所示。据图中信息推断,错误的是 (　BC　) A.当O2浓度为a时,酵母菌没有有氧呼吸,只有无氧呼吸 B.当O2浓度为b和d时,酵母菌细胞呼吸的过程相同 C.当O2浓度为c时,有2/5的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵 D.a、b、c、d不同氧浓度下,细胞都能产生[H]和ATP 考点五 影响细胞呼吸的外界因素及应用 1、 温度 (1)原理:细胞呼吸是一系列酶促反应,温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。 (2)曲线模型(如图)。 (3)曲线分析 ①在最适温度时，呼吸强度最大。 ②超过最适温度，呼吸酶活性降低甚至变性失活，呼吸速率下降。 ③低于最适温度，酶活性下降，呼吸速率下降。 （4）应用 ①低温下储存蔬菜和水果(注意：零上低温) ②种植大棚作物: 白天: 适当升高温度; 夜间: 适当降低温度; .2、O2浓度 (1)原理: O2是有氧呼吸所必需的,且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。 (2)曲线模型(如图)。 ①O2浓度低时,无氧呼吸占优势。 ②随着O2浓度增大,无氧呼吸逐渐被抑制,有氧呼吸不断加强。 ③当O2浓度达到一定值后,随着O2浓度增大,有氧呼吸不再加强(受呼吸酶数量等因素的影响)。 (3)应用。 ①选用透气消毒纱布包扎伤口,抑制破伤风杆菌等厌氧细菌的无氧呼吸。 ②作物栽培中及时松土,保证根的正常细胞呼吸。 ③提倡慢跑,防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。 ④稻田定期排水,抑制无氧呼吸产生酒精,防止酒精中毒,烂根死亡。 3、CO2浓度 (1)原理:CO2是细胞呼吸的最终产物,积累过多会抑制(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。 (2)曲线模型(如图)。 (3)应用: 在蔬菜和水果保鲜中,增加CO2浓度可抑制细胞呼吸,减少有机物的消耗。 4、含水量 (1)原理: 水作为有氧呼吸的原料和环境因素影响细胞呼吸的速率，一定范围内,细胞中自由水含量越多,代谢越旺盛,细胞呼吸越强。 (2)曲线模型(如图)。 (3)应用: ①粮食:干燥储藏, 降低细胞呼吸消耗有机物的量; ②水果、蔬菜：储藏时保持一定的湿度； ③干种子:萌发前进行浸泡处理; 影响细胞呼吸的外界因素的应用注意: (1)影响细胞呼吸的因素并不是单一的。若需要增强相关植物或器官的细胞呼吸强度，可采取供水、升温、高氧等措施，若需降低细胞呼吸强度，可以采取干燥、低温、低氧等措施。 (2)储存蔬菜和水果的条件并不是无氧环境。蔬菜、水果在储藏时都应在低温、低氧条件下，低温以不破坏植物组织为标准，一般为零上低温；种子储存时应保持干燥，而蔬菜、水果储存时应保持一定的湿度。 考点六 补充考点 1、细胞呼吸速率的测定。 (1)实验装置。 (2)实验原理。 组织细胞呼吸作用吸收O2,释放CO2,CO2被NaOH溶液吸收,使容器内气体压强减小,刻度管内的液滴左移。单位时间内液滴左移的体积即表示有氧呼吸速率。装置乙为对照。 (3)误差的校正。 ①如果实验材料是绿色植物，整个装置应遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。 ②如果实验材料是种子，为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应对装置及所测种子进行消毒处理。 ③为防止气压、温度等物理膨胀因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变。 2、液滴移动法探究细胞呼吸的方式。 (1)探究装置:欲确认某生物的细胞呼吸方式,应设置两套实验装置,如图所示(以发芽种子为例)。 装置一　　　 装置二 (2)结果结论。 实验结果 结论 装置 一液滴 装置 二液滴 不动 不动 只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡 不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸 左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸 左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸 左移 左移 种子进行有氧呼吸时,底物中除糖类外还含有脂质 (3)误差校正:为使实验结果精确,除减少无关变量的干扰外,还应设置对照装置三。装置三与装置二相比,不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”,其余均相同。 3、呼吸熵(RQ) 指单位时间内进行呼吸作用的生物释放二氧化碳的量与吸收氧气的量的比值。呼吸熵的不同将显示哪种营养物质被作为主要的供能物质； 一般来说，完全以葡萄糖为底物进行有氧呼吸的呼吸熵是1，以葡萄糖为底物但含无氧呼吸的呼吸熵大于1，而以脂肪为底物进行有氧呼吸，呼吸熵就小于1。 例题: 1、呼吸熵(RQ)是指生物体在同一时间内，氧化分解时释放二氧化碳量与吸收氧气量的比值。如图是部分有机物完全氧化分解时的呼吸熵。下列叙述错误的是(　B　) A．长期多食而肥胖的人，RQ值最接近于1 B．与正常人相比，长期患糖尿病的人RQ值会增大 C．叶肉细胞缺氧时的RQ值高于氧气充足时的RQ值 D．脂肪因O含量低而C、H含量高，故其RQ值低于1 2、呼吸熵(RQ＝释放二氧化碳体积/消耗的氧气体积)表示生物用于有氧呼吸的能源物质的不同。测定发芽种子呼吸熵的装置如图。关闭活塞，在25 ℃下经20分钟读出刻度管中着色液滴移动距离。设装置1和装置2的着色液滴分别向左移动x mm和y mm。下列说法错误的是(　D　) A.若测得x＝180 mm，y＝50 mm，则该发芽种子的呼吸熵是0.72(保 留两位小数) B.若发芽种子仅进行有氧呼吸，且呼吸熵小于1，则分解的有机物可能为脂肪 C.为使测得的x和y值更精确， 还应再设置对照装置 D.若呼吸底物是葡萄糖，且测得x＝300 mm，y＝－100 mm(向右移动了100 mm)，则可推断有氧呼吸消耗的葡萄糖与无氧呼吸消耗的葡萄糖的摩尔比值是1∶2 4、三羧酸循环: （1）定义:三羧酸循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先由乙酰辅酶A（C2）与草酰乙酸（OAA）（C4）缩合生成含有3个羧基的柠檬酸（C6），经过4次脱氢，1次底物水平磷酸化，最终生成2分子CO2，并且重新生成草酰乙酸的循环反应过程。 三羧酸循环是需氧生物体内普遍存在的代谢途径。原核生物中分布于细胞质，真核生物中分布在线粒体。因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的有机酸，例如柠檬酸（C6），所以叫做三羧酸循环，又称为柠檬酸循环或者是TCA循环；或者以发现者Hans Adolf Krebs（英1953年获得诺贝尔生理学或医学奖）的姓名命名为克雷伯斯(Krebs)循环。 糖的有氧氧化与糖的无氧酵解有一段共同途径，即葡萄糖一丙酮酸，所不同的是在生成丙酮酸以后的反应。在有氧情况下，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系的催化下，氧化脱羧生成乙酰CoA，后者再经三羧酸循环氧化成CO2，和H2O。 （2）三羧酸循环的生理意义 ①为机体提供能量：每摩尔葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2时，净生成32molATP。因此在一般生理条件下，各种组织细胞（除红细胞外）皆从糖的有氧氧化获得能量。糖的有氧氧化不但产能效率高，而且逐步释能，并逐步储存于ATP分子中，因此能的利用率也极高。 ②三羧酸循环是三大营养物质的共同氧化途径：乙酰CoA，不但是糖氧化分解的产物，也是脂肪酸和氨基酸代谢的产物，因此三羧酸循环实际上是三大有机物质在体内氧化供能的共同主要途径。据估计人体内2/3的有机物质通过三羧酸循环而分解。 ③三羧酸循环是三大物质代谢联系的枢纽：糖有氧氧化过程中产生的α-酮戊二酸、丙酮酸和草酰乙酸等与氨结合可转变成相应的氨基酸；而这些氨基酸脱去氨基又可转变成相应的酮酸而进入糖的有氧氧化途径。同时脂类物质分解代谢产生的甘油、脂肪酸代谢产生的乙酰CoA也可进入糖的有氧氧化途径进行代谢。 第 8 页 第 7 页 学科网（北京）股份有限公司 $$